降噪耳機(jī)的原理[優(yōu)選材料]

1、前言 當(dāng)你戴上一種經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的耳機(jī)時，外界的噪聲將不再對你造成干擾。這就是降噪耳機(jī)給我們帶來的享受。為什么降噪耳機(jī)能有如此神奇的表現(xiàn)？本文將帶你走進(jìn)降噪耳機(jī)的世界。 降噪耳機(jī)的分類 可有效降低環(huán)境噪聲的耳機(jī)被我們稱為降噪耳機(jī)?？陀^來說，幾乎所有耳機(jī)在設(shè)計(jì)之初都考慮到了如何降低外界噪聲，但降噪耳機(jī)卻在降低噪聲方面進(jìn)行了更多的考慮，有著更突出的表現(xiàn)。 降噪耳機(jī)按照原理主要分為兩種：一種是被動降噪(Passive Noise-Cancelling)耳機(jī)，另一種是主動降噪(Active Noise-Cancelling )耳機(jī)。所謂被動降噪耳機(jī)，就是通過耳機(jī)上的隔音材料或者是特殊的結(jié)構(gòu)，盡量隔絕噪聲

2、。 以前我們介紹過的入耳式耳塞和大耳罩設(shè)計(jì)的耳機(jī)，都可以劃分為被動式降噪耳機(jī)。即便下面我們研究的主動式降噪耳機(jī)，也都加入了被動降噪耳機(jī)的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，這些并沒有嚴(yán)格的界限，因?yàn)槟康闹挥幸粋€：如何更有效的降低環(huán)境噪聲。 而主動降噪耳機(jī)，是在耳機(jī)中設(shè)置了專門的降噪電路。一般通過音頻接收器(如微型麥克風(fēng))和抗噪聲輸出芯片，通過接收、分析外界噪聲的頻率并產(chǎn)生與其相反的頻率，相互減弱或抵消，從而達(dá)到屏蔽噪聲的目的。 降噪耳機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成 消除噪音的過程 主動降噪耳機(jī)從開始運(yùn)作到人耳聽到聲音的過程，總共可分為幾個步驟首先，由安置于耳機(jī)內(nèi)的微型麥克風(fēng)采集耳朵能聽到的環(huán)境中的中/低頻噪聲 (比如100Hz1000

3、Hz)；接下來，將噪聲信號傳至降噪電路，降噪電路進(jìn)行實(shí)時運(yùn)算；在降噪電路處理完成后，產(chǎn)生的信號通過揚(yáng)聲器發(fā)生與噪聲相位 相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲；最后，我們的耳朵就會感覺到噪聲減弱甚至消失了。 簡而言之，就是利用微型麥克風(fēng)采集噪聲，通過降噪電路將噪聲相位反相180度，并產(chǎn)生對應(yīng)的抗噪聲相互抵消。一般來說，主動降噪耳機(jī)的是效果非常明顯的。 相信很多朋友都有創(chuàng)新的聲卡，而在創(chuàng)新聲卡中附帶了一個名為“Smart Recorder”的錄音軟件。這個錄音軟件帶有噪聲分析功能，在錄音前會先利用麥克風(fēng)對環(huán)境進(jìn)行錄音分析。 簡單來說，就是個噪聲采樣過程。這也是專業(yè)音頻處理軟件有效去除持續(xù)穩(wěn)定的背景噪聲的

4、方法之一。其原理就是對噪聲的波形樣本進(jìn)行取樣以后，在后期的處理中對整段素材的波形和采樣噪聲樣本分析，自動去除噪聲。 在噪聲信號采樣完畢后，Smart Recorder便對采樣信號進(jìn)行分析和保存。而當(dāng)錄制人聲以后，Smart Recorder就會調(diào)用已保存的采樣文件，去掉人聲信號中的環(huán)境噪聲。錄音軟件的這個降噪過程與降噪耳機(jī)如出一轍。 A為噪聲信號，B為反向補(bǔ)償信號，C為余留噪聲信號。在實(shí)際聽音過程中，我們聽到的所有聲音都能分解為不同波長和振幅的聲波信號，并可用波形圖像表示出 來。當(dāng)降噪耳機(jī)通過麥克風(fēng)采集到環(huán)境噪聲以后，傳給降噪電路對噪聲波形進(jìn)行分析，然后實(shí)時產(chǎn)生振幅相同、相位相反的波形進(jìn)行抵消

5、。抵消之后的聲音振幅(能 量)就降低了，原來聽起來很吵的噪聲就會變小，而倘若兩個聲波振幅剛好相等的話，噪聲就會完全消失。 通過加入同步反相信號消除噪聲就是降噪技術(shù)的基本原理。可是從實(shí)際來說，恰好完全抵消的情況很難實(shí)現(xiàn)，但在進(jìn)行有效的減弱以后，人耳已經(jīng)不是很敏感了。降噪的原理雖然很簡單，但是實(shí)際的情況要復(fù)雜很多。 因?yàn)槲覀兯牭降穆曇舨恢灰粋€頻率，而是由很多種不同頻率的聲音混合而成，同時這些聲音的頻率和振幅還在不斷的變化著。因此，在對噪聲信號進(jìn)行采集之后，必須在同一時間完成不同頻率信號的解析和生成同步反相信號這個步驟。 只有這樣才能實(shí)現(xiàn)降低噪聲，否則時間間隔過長就起不到降噪的作用了，甚至還會增大

6、噪聲。這是因?yàn)橥饨缭肼暤念l率突然發(fā)生變化，但耳機(jī)解析噪聲和生成同步反 相信號的速度不夠快，從而生成的信號沒有在反相時及時與噪聲信號疊加抵消，而是在同向時發(fā)生了疊加，使噪聲信號不僅沒有被消減，反而加強(qiáng)了?？梢?，降噪耳 機(jī)的關(guān)鍵是降噪電路的實(shí)時處理能力，而高端降噪耳機(jī)的優(yōu)勢也在于此。 降噪系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案一般有兩種：直接內(nèi)置于耳機(jī)的耳罩當(dāng)中和外置降噪系統(tǒng)。第一種方案，降噪模塊被直接放到了耳機(jī)的耳罩當(dāng)中，通過電池進(jìn)行工作。一般來說，降噪耳機(jī)都設(shè)計(jì)了電源開關(guān)，當(dāng)安靜環(huán)境下不需要使用降噪功能時，直接關(guān)閉電源即可。但這樣的設(shè)計(jì)有時稍欠靈活，佩戴起來會讓用戶覺得頭部有一定負(fù)擔(dān)。 而外置降噪系統(tǒng)的方案則相對比較

7、靈活，降噪模塊被設(shè)計(jì)到了線控裝置中。這樣用戶就可以使用輕便的耳塞，不僅減輕了頭部負(fù)擔(dān)，而且佩戴也比較方便，搭配MP3、MP4等便攜設(shè)備非常理想。 關(guān)于降噪電路，耳機(jī)廠家一直都是諱莫如深，我們也無從得知更詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)。這里我們按照一般的降噪電路進(jìn)行簡單分析。對于一般的動態(tài)降噪電路來說，多用 LM1894和LM832芯片。但是LM1894輸入電壓較高(工作電壓為4.5V18V)，不適合低電壓、低輸入信號電平的便攜設(shè)備。而LM832電 壓低(電壓為1.5V9V)，非常適合MP3和PMP等便攜設(shè)備。當(dāng)然，不同的耳機(jī)廠商可能采用不同的芯片進(jìn)行降噪電路的設(shè)計(jì)。同樣的芯片，不同廠家的 設(shè)計(jì)，也會產(chǎn)生不同的

8、效果，這就是一個研發(fā)水平的問題。無論如何，為耳機(jī)增加降噪電路是一種非常實(shí)用的設(shè)計(jì)。 事物具有兩面性，降噪耳機(jī)也是如此。我們首先需要明白的是，降噪這一過程并不是在電路內(nèi)部就消除噪聲，而是一個聲音的空間合成效果。從降噪電路的工作原理 我們也知道，就是產(chǎn)生一個頻率相同、相位相反的新噪聲，通過疊加進(jìn)而最大限度的抵消環(huán)境噪聲，利用的是聲學(xué)上的“掩蔽效應(yīng)”。 因此，所謂的降噪只是聽覺上的聲波抵消，噪聲在電路內(nèi)部是無法消除的。只能把抵消噪聲的信號混合進(jìn)音頻信號里，通過僅有的一個單元發(fā)出音樂信號，并同時發(fā) 出降噪信號。但如此一來問題就產(chǎn)生了，如果降噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不完美的話，用于降噪的聲音和環(huán)境噪聲沒有相互抵消而

9、是產(chǎn)生了疊加，就不是降低噪聲，而是將其增 強(qiáng)了。 事實(shí)上，降噪電路不可能完美工作得總是能實(shí)時應(yīng)付各種層出不窮的噪聲，總會有處理不好的時候。所以廠商的研發(fā)就是需要解決這樣的問題：即使有新噪聲突然出現(xiàn)，也能將降噪電路的負(fù)面影響降低到最小，降低到我們的耳朵感覺不明顯的程度。 對于用戶而言，降噪耳機(jī)的局限體現(xiàn)在兩個方面。一是降噪耳機(jī)需要電源驅(qū)動，這樣就額外增加了耳機(jī)的重量，并不是每個人都希望耳機(jī)上掛一個電池盒的；另一方 面，對于追求完美的耳機(jī)發(fā)燒友來說，降噪設(shè)計(jì)可能是他們無法接受的，因?yàn)槿魏螌β曇舻男揎椂家馕吨茐牧怂麄冃哪恐械摹霸丁薄?但換一個角度來看，降噪耳機(jī)本來就是一個權(quán)宜之計(jì)，如果不是沒辦法，誰希望在噪聲中聽音樂呢？當(dāng)然，對于在噪聲中工作的人來說，降噪設(shè)計(jì)的好處是顯而易見 的。比如飛行員的通話系統(tǒng)，在噪聲比較固定以后，降噪電路的優(yōu)勢就可以完全發(fā)揮了。所以對于降噪耳機(jī)而言，無法簡單地評判是好是壞，關(guān)鍵在于你所處的環(huán)境 是不是真正需要它。 最后，我們還是希望能注意降噪耳機(jī)的正確使用方法： 1.音量不可太大，